JP2003240462A - Heat transfer device with self-adjusting wick and method of manufacturing the heat transfer device - Google Patents

Heat transfer device with self-adjusting wick and method of manufacturing the heat transfer device

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JP2003240462A JP2003033456A JP2003033456A JP2003240462A JP 2003240462 A JP2003240462 A JP 2003240462A JP 2003033456 A JP2003033456 A JP 2003033456A JP 2003033456 A JP2003033456 A JP 2003033456A JP 2003240462 A JP2003240462 A JP 2003240462A
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James P Chen
Maninder S Sehmbey
ジェイムズ、ピー.チェン
マニンダー、エス.センビー
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モトローラ・インコーポレイテッド
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    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/04Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with tubes having a capillary structure
    • F28D15/046Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with tubes having a capillary structure characterised by the material or the construction of the capillary structure

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent a heat pipe from being dried out or failed by adjusting the capillarity pressure of a wick after assembly.
SOLUTION: The layers 105 and 107 of the heat pipe 100 using a multi-layer shape memory alloy (SMA) as a wick structure have different transformation temperatures. When a heat is applied to the heat pipe 100 along the surface thereof, first the inner layer 105 of the SMA is started to shrink. By that shrinkage, the effective capillary radius rc of the wick is reduced, and the pump pressure of the capillary 108 and, accordingly, a capacity to remove heat are maintained or increased. When the temperature of the heat pipe 100 continues to rise, the outer layer 107 is started to shrink since the capillary radius rc is further reduced. As a result, a local pump pressure is maintained or matches a higher local heat flux and increased to remove the heat to prevent 'dry out'.
COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は一般に伝熱装置の分野に関し、より詳細には自己調整ウィックを備えた伝熱装置および該伝熱装置の製造方法に関する。 BACKGROUND OF THE INVENTION [0001] [Technical Field of the Invention The present invention relates generally to the field of heat transfer devices, and more particularly to a manufacturing method of the heat transfer device and the heat transfer device equipped with a self-adjusting wick . 【0002】 【従来の技術】「ヒートパイプ」と一般に呼ばれる伝熱装置は、ある地点から別の地点に効率的に熱を伝達できる装置である。 [0002] heat transfer device commonly referred to as "heat pipes" is a device capable of transmitting heat efficiently to another point at a certain point. ヒートパイプは、ほとんど温度降下することなく非常に高い熱伝達能力および熱伝達率を有するため、しばしば熱の超伝導体と称される。 Heat pipe, because it has a very high heat transfer capacity and heat transfer coefficient with little temperature drop, often referred to as superconductors of heat. ヒートパイプは、通常、内部表面が毛細管ウィック材料を有する、密封されたアルミニウムまたは銅製のコンテナから成る。 The heat pipe is usually an internal surface having a capillary wick material, it consists of a sealed aluminum or copper container.
ヒートパイプは、流体の閉ループでの蒸発/沸騰および凝縮の原理に基づいている。 The heat pipe is based on the principle of evaporation / boiling and condensation in a closed loop of fluid. ヒートパイプの内部の液体は、(ヒートパイプに外付けされた)電子部品により熱が分散される領域から蒸発および/または沸騰する。 The liquid inside the heat pipe, evaporates and / or boiling from the area where the heat is dispersed by the (externally connected to the heat pipe) electronic components. 蒸気は、凝縮スペース内を均一に広がり、熱を周囲へと逃がすことにより液体形式に戻って凝縮する。 Vapor spreads uniformly in the condensation space and condenses back into liquid form by heat to escape into the surrounding. 凝縮された液体は、ヒートパイプの内側の多孔性ウィック構造体を通って、毛管作用により加熱セクションに戻る。 The condensed liquid passes through the inside of the porous wick structure of the heat pipe, the flow returns to the heating section by capillary action. ウィックの質と種類が通常ヒートパイプの性能を決定する。 The quality and type of the wick is to determine the performance of the normal heat pipe. ヒートパイプを使用する用途に応じて、異なる種類のウィックが選択される。 Depending on the intended use heat pipes, different types of wick is chosen. 【0003】従来のヒートパイプのウィック構造体はその動作温度範囲の全域にわたって一定のままである。 [0003] wick structure of a conventional heat pipe remains constant over the entire operation temperature range. 従って、操作中にウィック構造体の孔隙率や孔径を変更することができない。 Therefore, it is impossible to change the porosity and pore size of the wick structure during operation. これはヒートパイプ内の地点に沿って温度条件に従い毛管圧を調節する能力を妨げ、これはヒートパイプ内のある地点に大きな局所的熱流束が存在した場合に局所的「ドライアウト」(作動液が完全に乾いてしまう現象)を生じさせる恐れがある。 This hinders the ability to modulate the capillary pressure as the temperature conditions along the point in the heat pipe, which is locally when a large local heat flux at a point of the heat pipe is present "dry out" (hydraulic fluid there is a possibility to cause a phenomenon) which will completely dry. このドライアウトの状態によりヒートパイプが完全に故障することがある。 The state of the dryout heat pipe may fail completely. いくつかの可変ウィックのヒートパイプが知られている。 Some of the variable wick of the heat pipe is known. そのようなヒートパイプでは、特定のウィック構造体が、期待された熱流束分布のために特別に仕立てられる。 In such a heat pipe, certain wick structure, is specially tailored for the expected heat flux distribution. 最も高い熱流束が予想される位置では、毛管力を増大させるために孔径が小さくされる。 In the position highest heat flux is expected, the pore size is reduced to increase the capillary force. 他の位置での孔径は、液体を流す低い抵抗を許容するために大きくされる。 The pore size of the other position is large in order to permit a low resistance to flow of liquid. 上記ヒートパイプは、ヒートパイプが一旦組み立てられると、ウィック構造体を調節する能力を有しない。 The heat pipe, the heat pipe is assembled once, without the ability to modulate the wick structure. 従って、既知の可変ウィックヒートパイプの有用性は、それらの使用対象である熱流束分布および温度に厳密に制限される。 Therefore, the utility of known variable wick heat pipes is strictly limited to the heat flux distribution and the temperature is their use object. 【0004】 【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的は、ヒートパイプのドライアウトや故障を防止すべくウィックの毛管圧を組み立て後に調節できる、改良型ヒートパイプを提供することにある。 [0004] OBJECTS OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention can be adjusted after assembly of the capillary pressure of the wick in order to prevent dry-out and failure of the heat pipe, to provide an improved heat pipe is there. 【0005】 【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するために、請求項1に記載の発明は、ヒートパイプであって、内部領域を区画形成する内部表面を有するコンテナ;コンテナの内部表面に配置されたウィック材料であって、第1の変態温度を有する第1の形状記憶合金から構成された内層と、第1の変態温度よりも高い第2の変態温度を有する第2の形状記憶合金から構成された外層とを備えたウィック材料;およびコンテナの内部領域に配置された流体;から成るヒートパイプを要旨とする。 [0005] In order to solve the above problems [Means for Solving the Problems] The invention according to claim 1 is a heat pipe, a container having an interior surface which defines a internal region; the container a wick material disposed on the interior surface, an inner layer constructed from a first shape memory alloy having a first transformation temperature, the second having a second transformation temperature higher than the first transformation temperature shape memory wick material and a layer made of an alloy; and fluid disposed within the region of the container; a heat pipe made of the gist. 【0006】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のヒートパイプにおいて、第1の変態温度が60℃であることを要旨とする。 [0006] According to a second aspect of the invention, the heat pipe of claim 1, the first transformation temperature is summarized in that a 60 ° C.. 【0007】請求項3に記載の発明は、請求項3に記載のヒートパイプにおいて、第2の変態温度が80℃であることを要旨とする。 [0007] According to a third aspect of the invention, the heat pipe according to claim 3, and summarized in that the second transformation temperature is 80 ° C.. 【0008】請求項4に記載の発明は、請求項1に記載のヒートパイプにおいて、第1および第2の形状記憶合金がニッケル−チタン合金であることを要旨とする。 [0008] According to a fourth aspect of the invention, the heat pipe of claim 1, the first and second shape memory alloys of nickel - and summarized in that a titanium alloy. 請求項5に記載の発明は、請求項1に記載のヒートパイプにおいて、第1および第2の形状記憶合金が銅−亜鉛− The invention according to claim 5, in the heat pipe of claim 1, the first and second shape memory alloy of copper - zinc -
アルミニウム合金であることを要旨とする。 And summarized in that an aluminum alloy. 【0009】請求項6に記載の発明は、請求項1に記載のヒートパイプにおいて、ある特定位置の温度が第1の所定温度を超えた時に、内層がその位置で収縮し始めることを要旨とする。 [0009] The invention described in claim 6 is the heat pipe of claim 1, when the temperature of a particular location exceeds a first predetermined temperature, and summarized in that the inner layer begins to shrink at that position to. 【0010】請求項7に記載の発明は、請求項6に記載のヒートパイプにおいて、前記第1の所定温度が60℃ [0010] The invention described in claim 7 is the heat pipe of claim 6, wherein the first predetermined temperature is 60 ° C.
であることを要旨とする。 And summary that is. 請求項8に記載の発明は、請求項6に記載のヒートパイプにおいて、前記特定位置の温度が第2の所定温度を超えた時に、外層がその位置で収縮し始めることを要旨とする。 The invention according to claim 8, in a heat pipe according to claim 6, when the temperature of the specific position is greater than the second predetermined temperature, the outer layer is summarized in that begin to shrink at that position. 【0011】請求項9に記載の発明は、請求項8に記載のヒートパイプにおいて、第2の所定温度が80℃であることを要旨とする。 [0011] The invention according to claim 9 is the heat pipe of claim 8, and summarized in that the second predetermined temperature is 80 ° C.. 【0012】 【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施形態は、完全なウィック構造体を形成するように各層が異なる変態温度を有する、多層形状記憶合金(SMA)多孔質構造を使用するヒートパイプおよび方法を提供する。 A preferred embodiment of the DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The invention has layers different transformation temperature to form a complete wick structure, heat of using multi-layer shape memory alloy (SMA) porous structure to provide a pipe and methods. ヒートパイプに沿って局所的「ホットスポット」が存在しているところであっても、SMAの最内層はそのホットスポットの位置で局所的に収縮し始め、そのため毛管圧は最大となる。 Even the place where locally along the heat pipe "hot spots" are present, the innermost layer of SMA begins to locally contracted at the location of the hot spot, its for capillary pressure is at a maximum. ホットスポットの温度がある特定温度を超えて上昇すると、さらに毛管圧を増大させるためにSMA When rises above a certain temperature with the temperature of the hot spot, SMA to further increase the capillary pressure
の外層が収縮し始める。 Of the outer layer begins to shrink. 従って、ウィックの孔隙率と孔径は局所的動作条件に適合するように調節される。 Thus, wick porosity and pore size is adjusted to suit local operating conditions. その結果、局所ポンプ圧は維持されるか、あるいはより高い局所熱流束に適合し且つ「ドライアウト」を防止すべく熱を除去するために増大される。 As a result, it is increased in order to remove heat in order to prevent or local pump pressure is maintained, or "dry out" to and conform to higher local heat flux. 【0013】毛細管ポンプ圧はヒートパイプを設計する際の重要な考慮事項である。 [0013] The capillary pump pressure is an important consideration in the design of the heat pipe. 毛細管ポンプ圧ΔP c,M Capillary pump pressure ΔP c, M
は、液体の表面張力(σ)、液体物質と固体物質の間の接触角(θ)、および有効毛細管半径(r )の関係の関数である。 Is a function of the relationship between the surface tension of the liquid (sigma), the contact angle between the liquid material and the solid material (theta), and the effective capillary radius (r c). この関係を以下の方程式で定義する。 To define this relationship in the following equation. 【0014】ΔP c,M =2σcosθ/r 式中σ≡表面張力=関数(作動液、温度) θ≡接触角=関数(液体/物質相互作用、表面粗度、および表面汚染) r ≡有効毛細管半径=関数(ウィック構造体孔径) 【0015】大きな局所熱流束がある場合、局所温度の増加は表面張力を低下させる。 [0014] ΔP c, M = 2σcosθ / r c formula σ≡ surface tension = function (hydraulic fluid temperature) Shita≡ contact angle = function (liquid / material interaction, surface roughness, and surface contamination) r c ≡ effective capillary radius = function (wick structure pore size) [0015] when there is a large local heat flux, increased local temperature reduces the surface tension. 上記の方程式に示されるように、表面張力の低下は毛細管ポンプ圧を減小させる。 As shown in the above equation, surface tension reduction causes decrease small capillary pump pressure. 局所熱負荷が十分に大きい場合、毛細管ポンプ圧の減小は、作動液の供給不足につながる可能性がある。 If the local heat load is large enough, reduced small capillary pump pressure may lead to insufficient supply of hydraulic fluid. このシナリオ下でドライアウトが生じ得る。 Dry-out may occur under this scenario. 【0016】図1には、本発明の好ましい実施形態による多層形状記憶合金(SMA)ヒートパイプ100の部分断面側面図が示される。 [0016] Figure 1 is a partial cross-sectional side view of a multilayer shape memory alloy (SMA) heat pipe 100 according to a preferred embodiment of the present invention is shown. 好ましくは、SMAはニッケル−チタン(NiTi)または銅−亜鉛−アルミニウム(CuZnAl)合金である。 Preferably, SMA nickel - titanium (NiTi) or copper - zinc - aluminum (CuZnAl) alloy. これらの合金は、カリフォルニア州サンホゼのShape Memory Application, Inc These alloys, Shape Memory Application of San Jose, California, Inc
より得ることができる。 It is possible to further obtain. ヒートパイプは蒸発器セクション102と凝縮器セクション104を備えている。 The heat pipe includes an evaporator section 102 and the condenser section 104. ヒートパイプ100の外側ケーシング101の内部表面上には、複数の毛細管108と作動液106とを備えた多層ウィック構造体が形成される。 On the inner surface of the outer casing 101 of the heat pipe 100, multi-layer wick structure comprising a plurality of capillaries 108 and working fluid 106 are formed. 図1に示されるように、 As shown in FIG. 1,
多層ウィック構造体は内層105と外層107を有する。 Multi-layer wick structure has an inner layer 105 and outer layer 107. 内層105は、外層107よりも低い変態温度を有する。 The inner layer 105 has a lower transformation temperature than the outer layer 107. 好ましくは、内層105の変態温度は60℃であり、外層107の変態温度は80℃である。 Preferably, the transformation temperature of the inner layer 105 is 60 ° C., the transformation temperature of the outer layer 107 is 80 ° C.. 【0017】ヒートパイプの内部で、作動液106は毛細管材料108の孔に入る。 [0017] In the interior of the heat pipe, working fluid 106 enters the pores of the capillary material 108. ヒートパイプ100の表面に沿って熱が加えられると、作動液106は蒸発し始めて蒸気状態に入り、それにより蒸発潜熱を獲得する。 When heat is applied along the surface of the heat pipe 100, hydraulic fluid 106 enters the vapor state begins to evaporate, thereby acquiring latent heat of vaporization. 先の状態の液体よりも高い圧力を有するガスは、ヒートパイプ100の中をより冷たい位置である凝縮器セクション104まで移動し、そこで凝縮する。 Gas having a pressure higher than the liquid of the previous state, moves through the heat pipe 100 to the condenser section 104 is a cooler location where it condenses. かくしてガスは蒸発潜熱を放出し、ヒートパイプ100の入力端(蒸発器セクション102)から出力端(凝縮器セクション1 Thus gas releases latent heat of vaporization, the output terminal from the input end of the heat pipe 100 (the evaporator section 102) (condenser section 1
04)まで熱を移動させる。 04) to move the heat. 【0018】本発明のヒートパイプでは、ヒートパイプの表面に沿って熱が加えられ、その位置での温度がある温度、好ましくは60℃を超えると、内層105がある特定位置で収縮し始める。 [0018] In the heat pipe of the present invention, heat is applied along the surface of the heat pipe, the temperature there is a temperature at that position, preferably exceeds 60 ° C., begins to contract at a particular position there is an inner layer 105. 収縮によりウィックの有効毛細管半径r が減小し、それにより毛細管ポンプ圧と、 Shrinkage effective capillary radius r c of the wick is reduced small by, whereby a capillary pump pressure,
従って熱除去能とが維持または増大される。 Therefore the heat removal capability is maintained or increased. 特定位置でのヒートパイプの温度が過度の入熱により上昇し続ける場合、内層105は遂にはドライアウトを経験し得る。 If the temperature of the heat pipe at a particular position continues to rise due to excessive heat input, the inner layer 105 is eventually may experience dryout.
しかしながら本発明の好ましい実施形態によれば、特定位置での温度が80℃を超過すると、外層107がその毛細管半径を減小するために収縮し始める。 However, according to a preferred embodiment of the present invention, if it exceeds 80 ° C. temperature at a particular position, begins to contract to the outer layer 107 is reduced small and the capillary radius. これは特定位置での完全なドライアウトの防止または遅延を支援する。 This assists to prevent or delay the complete dryout at specific locations. 各層105,107は、好ましくは約0.5mmというように薄いので、連続的な温度/熱流束依存性のウィック構造体を達成するのに多層を使用することができる。 Each layer 105, 107 is preferably so thin and so about 0.5 mm, may be used a multi-layer to achieve continuous temperature / heat flux dependence of the wick structure. 説明を簡単にするために、図1では二層だけを示している。 For ease of explanation, only it shows two layers in FIG. 【0019】好ましくは、本発明のヒートパイプは、最終組み立てに先立ってヒートパイプの内部表面上の層に異なる複数のSMA合金の組み合せをフレーム溶射することにより製造される。 [0019] Preferably, the heat pipe of the present invention is produced by flame spraying a combination of a plurality of SMA alloy different layers on the inner surface of the heat pipe prior to final assembly. ヒートパイプは、詰め固めたS S heat pipe, which solidified packed
MA粉末金属をヒートパイプの内部表面上の層に焼結したり、最終組み立てに先立ってヒートパイプの内部表面上に多層の可変合金SMA多数ワイヤスクリーンやSM Or sintering MA powder metal layer on the inner surface of the heat pipe, the multi-layer on the internal surface of the heat pipe prior to final assembly variable alloy SMA multiple wire screen and SM
A繊維ウール層を詰め固めたりすることによっても製造することができる。 Can also be prepared by or hardened packed A fiber wool layer. 【0020】層状のSMAウィックを備えた平板ヒートパイプを形成する好ましい方法は、以下のステップを含む。 A preferred method of forming the flat plate heat pipe having a SMA wick layered comprises the following steps. 好ましくは、約200mm×300mm測定値の銅またはチタンの6mm厚のプレート(メインプレート) Preferably, about 200 mm × 300 mm measurement of copper or plate 6mm thick titanium (main plate)
に5mmの深い空洞を機械加工する。 Machining the deep cavity of 5mm to. この空洞は、プレートの外周に約10mm幅の縁を残し、平板ヒートパイプの構造的要素として使用される複数のボス209(図2)を残すように機械加工する。 The cavity, leaving the edges of about 10mm width on the outer periphery of the plate and machined to leave a plurality of bosses 209 which are used as a structural element of the flat plate heat pipe (Figure 2). 200mm長、300 200mm length, 300
mm幅および1mm厚の一致するカバープレートも機械加工により準備する。 mm width and 1mm thickness matching cover plate also prepared by machining. 2つの部分としてのメインプレートとカバープレートが、ヒートパイプの外側ケーシング101を形成する。 The main plate and the cover plate as two parts, form the outer casing 101 of the heat pipe. 【0021】層状SMAウィックは以下の方法で形成される。 [0021] The layered SMA wick is formed by the following method. まず、80℃の遷移温度を得るように指定された組成を有するSMA合金をフレーム溶射することにより、空洞の内部とカバープレートの一側に外層107を形成する。 First, by flame spraying the SMA alloy having a composition specified to obtain the transition temperature of 80 ° C., to form the outer layer 107 on one side of the interior and the cover plate of the cavity. 外層107について、フレーム溶射プロセスに使用されるSMA合金の粒径は約120μmである。 For the outer layer 107, the particle size of the SMA alloy used in the flame spraying process is about 120 [mu] m.
この粒径とフレーム溶射パラメータは、外層107が4 The particle size and the flame spraying parameters, the outer layer 107 is 4
0μmの孔径と約0.5mmの厚さとを得るように制御される。 It is controlled to obtain a thickness of the pore diameter and approximately 0.5mm of 0 .mu.m. その後、60℃の遷移温度を得るように指定された組成を有するSMA合金をフレーム溶射することにより、同様のやり方で内層105を形成する。 Thereafter, by flame spraying the SMA alloy having a specified composition so as to obtain a transition temperature of 60 ° C., to form the inner layer 105 in a similar manner. 内層10 The inner layer 10
5について、フレーム溶射プロセスに使用されるSMA For 5, SMA used in the flame spraying process
合金の粒径は約160μmである。 The particle size of the alloy is about 160μm. この粒径とフレーム溶射パラメータは、内層105が60μmの孔径と約0.5mmの厚さとを得るように制御される。 The particle size and the flame spraying parameters, the inner layer 105 is controlled to obtain a thickness of the pore diameter and about 0.5mm in 60 [mu] m. 【0022】フレーム溶射プロセスの完了後、ケーシング101の2つの部分の上には層状のSMAウィックが配置されている。 [0022] After completion of the flame spraying process, on the two parts of the casing 101 is disposed SMA wick layered. 2つのケーシング部分を一つに組み立て、内部表面に層状SMAウィックを有する平板密封ハウジングを鑞付けで形成する。 Assembled into one two housing parts to form a flat sealing housing having a layered SMA wick inside surface brazing. 約3mm径の穴を空けることにより、ハウジング101の一面に小さな開口部を形成する。 By drilling holes of approximately 3mm diameter, to form a small opening in one side of the housing 101. この開口部上に、平板ヒートパイプのための排出・充填ポート210(図2)を作成するために、銅またはチタンの50〜100mm長のチューブを溶接する。 On this opening, in order to create the discharge and filling port 210 (FIG. 2) for the flat plate heat pipe, welding the 50~100mm length of tubing copper or titanium. この時点でヒートパイプ作製の第1のステップは完了する。 The first step of the heat pipe produced at this time is completed. 続くステップを、遷移温度より低い温度と高い温度で層状ウィックの異なる孔径を設定するために行う。 The subsequent step is performed in order to set different pore diameters layered wick at low temperatures and high temperatures above the transition temperature. そのステップを、管状ヒートパイプに層状ウィックを形成する代替方法の説明に続いて説明する。 The steps followed will be explained in the description of the alternative method of forming a layered wick tubular heat pipe. 【0023】管状ヒートパイプの内部表面上の層に詰め固めたSMA粉末金属を焼結させる方法は、以下のステップを含む。 The method for sintering the SMA powder metal compacted packed in layers on the inner surface of the tubular heat pipe, comprising the following steps. 最初に、好ましくは固定長100〜300 First, preferably a fixed-length 100 to 300
mm長の1/4インチ(約6.35mm)径の銅またはチタン合金チューブを、グリース、揮発性物質および酸化物層を除去するために清掃する。 The mm long 1/4 inch (about 6.35 mm) diameter copper or titanium alloy tube of cleaning to remove grease, volatiles, and the oxide layer. 次に、グラファイトのような高温材料で作られたマンドレルを、チューブの内部表面と同軸にしてチューブの内部に配置する。 Next, a mandrel made of a high temperature material, such as graphite, in the inner surface coaxial with the tube placed inside the tube. 焼結プロセスの第1のステップについて、マンドレルの直径は最外層107の内部表面の直径と等しく、好ましくは1/4インチ(約6.35mm)径チューブに対し約0.15インチ(約3.81mm)である。 The first step of the sintering process, the diameter of the mandrel is equal to the diameter of the inner surface of the outermost layer 107, preferably to 1/4 inch (about 6.35 mm) diameter tube about 0.15 inches (about 3. it is a 81mm). ウィックの外層107については、マンドレルとチューブの間の開放空間が、約100μmの平均サイズのSMA粒子により充填される(SMA合金の組成は80℃の遷移温度を得るように特定される)。 The outer layer 107 of the wick, the open space between the mandrel and the tube, is being filled by the average size of the SMA particles of about 100 [mu] m (the composition of the SMA alloy is specified to obtain a transition temperature of 80 ° C.). 次に、そのアセンブリを、S Next, the assembly, S
MA材料の融点(好ましくはCuZnAlでは950 The melting point of MA material (preferably in CuZnAl 950
℃、NiTiでは1250℃)よりほんの少し低い温度で維持した高温炉の中で処理する。 ° C., is treated in a high temperature furnace maintained at a little lower temperature than the NiTi at 1250 ° C.). 第1の焼結プロセス後にマンドレルを取外し、生じたチューブに対して、より小径(好ましくは0.125インチ(約3.175m Remove the mandrel after the first sintering process, with respect to the resulting tube, smaller diameter (preferably 0.125 inches (approximately 3.175m
m))のマンドレルを用いて全焼結プロセスを繰り返し、60℃の遷移温度と約150μmの平均粒径を備えたSMA合金を使用して内層105を形成する。 Repeat the burnt sintering process using a mandrel m)), to form an inner layer 105 by using the SMA alloy having an average particle size of the transition temperature and about 150μm for 60 ° C.. 選択したヒートパイプ長さのための最適の孔径を得るために、 For optimal pore size for the selected heat pipes length,
粒径を変えることができる。 It is possible to change the particle size. 好ましい実施形態では、粒径は、内層105と外層107で60μmと50μmの孔径をそれぞれ得るように指定される。 In a preferred embodiment, the particle size is specified by the inner layer 105 and outer layer 107 60 [mu] m and 50μm with a pore diameter of the so obtained respectively. 第2の焼結プロセスの後に2つのウィック層を備えたヒートパイプチューブが得られる。 Heat pipe tubes with two wick layer after the second sintering process is obtained. 第2の焼結プロセスは好ましくはCu The second sintering process is preferably Cu
ZnAlでは950℃、NiTiでは1250℃の温度で行われる。 In ZnAl 950 ° C., at a temperature of NiTi at 1250 ° C.. 【0024】SMA層状ウィックヒートパイプを上述のいずれかの方法で得た後、ヒートパイプ全体を約500 [0024] After obtaining the SMA layered wick heat pipes in any of the methods described above, about the entire heat pipe 500
℃で加熱処理し、その後水中で急冷し、SMA形状を決定する。 It was heated at ° C., and then quenched in water to determine the SMA shape. ひとたび決定すると、SMAウィックの層10 Once determined, the layer of SMA wick 10
5,107は、それらの遷移温度(好ましくは内層10 5,107, they transition temperature (preferably the inner layer 10
5では60℃、外層107では80℃)を超えるいかなる温度でも、それらの形状または孔径を保持する。 In 5 60 ° C., the outer layer 107 80 ° C.) at any temperature above the, retain their shape or pore size. 層1 Layer 1
05,107はそれらの遷移温度より低い温度では可撓性である。 05,107 is flexible at temperatures below their transition temperature. その後、ヒートパイプのSMA合金を、遷移温度より低い温度で異なる孔径を維持するように鍛錬する。 Then, the SMA alloy of the heat pipe, is wrought to maintain different pore sizes in the lower transition temperature. この異なる孔径とは、通常の条件、つまりホットスポットが存在しない条件下で望まれる孔径である。 And the different pore sizes, normal conditions, that is, the pore size desired in conditions where hot spots are not present. 鍛錬プロセスは以下の方法で行なわれる。 Wrought process is performed in the following manner. 最初に、ヒートパイプ100を水通しすることによりウィック層105, First, the wick layer 105 by the heat pipe 100 to the water through,
107を水で飽和させる。 107 is saturated with water. その後、ヒートパイプ100 Then, heat pipe 100
を冷却して水を凍結させ、それにより層状ウィック構造体を膨張させる。 The cooled water is frozen, thereby inflating the layered wick structure. 層状ウィック構造体はこの時遷移温度より低い可撓性の段階にある。 Layered wick structure is in the stage of lower flexibility than the time transition temperature. 次に、氷を溶かすためにヒートパイプを解凍し、常温(遷移温度未満)での所望の孔径を得るまでこのサイクルを繰り返す。 Then, ice heat pipe thawed to melt the repeats this cycle until a desired pore diameter at room temperature (below the transition temperature). 常温での所望の孔径は好ましくは70μmである。 Desired pore size at room temperature is preferably 70 [mu] m. その後、最大遷移温度(80℃、この温度点でSMAウィック層はその元の孔径に戻る)より高い温度にヒートパイプを加熱する。 Thereafter, the maximum transition temperature (80 ° C., SMA wick layer at this temperature point the original back to the pore size) to heat the heat pipe to a temperature above. SMA合金が両方向記憶を達成するように、つまり合金が遷移温度より低い温度と遷移温度より高い温度で異なる形状(この場合孔径)を達成するように、水飽和および凍結プロセスを繰り返す。 As SMA alloy to achieve both storage, i.e. alloys to achieve different shapes at a temperature higher than the transition temperature lower than the transition temperature temperature (in this case a pore size), repeating the water-saturated and freezing process. この説明したプロセスを、形状記憶合金の分野では両方向鍛錬プロセスと称する。 The described process is referred to as bi-directional training process in the field of shape memory alloy. その後、鍛錬されたSMA層状ヒートパイプ100 Then, SMA layered heat pipe 100 that has been wrought
を、適当な流体、好ましくは水で、当該技術分野で周知の方法で清掃および充填する。 A suitable fluid, preferably with water, to clean and filled in a manner well known in the art. 【0025】本発明の装置は、ホットスポットの位置が用途に応じて変わり得る平板ヒートパイプにおいて最も有用である。 The apparatus of the present invention is most useful in flat heat pipe position of the hot spot may vary depending on the application. しかしながら、本発明の装置は、例えば管状のヒートパイプのような他の種類のヒートパイプにも適用できる。 However, the device of the invention, for example, can be applied to other types of heat pipes such as a tubular heat pipe. 本発明では様々な改変形式および代替形式が可能であるが、特定の実施形態を、図面に例として示すと共に本明細書で詳細に説明した。 Is susceptible to various modifications formats and alternative formats in the present invention, a specific embodiment has been described in detail herein with showing by way of example in the drawings. しかしながら本発明は開示された特定の形式に限定されるべきではなく、 However, the present invention should not be limited to the particular forms disclosed,
本発明は特許請求の範囲により定義される本発明の趣旨および範囲内にあるすべての改変物、等価物および代替物を包含するものとする。 The present invention is intended to cover all modifications that are within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims, equivalents, and alternatives. 【0026】 【発明の効果】本発明によれば、ウィックの毛管圧を組み立て後に調節でき、それによりヒートパイプのドライアウトや故障を防止することができる。 According to the present invention, it can be adjusted after assembly of the capillary pressure of the wick, thereby preventing dry-out and failure of the heat pipe.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の好ましい実施形態によるヒートパイプの部分断面側面図。 Partial cross-sectional side view of a heat pipe according to a preferred embodiment BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS [Figure 1] present invention. 【図2】本発明の好ましい実施形態による図1のヒートパイプの平面図。 [Figure 2] A preferred embodiment plan view of the heat pipe of FIG. 1 according to the present invention. 【符号の説明】 100…ヒートパイプ、101…コンテナ、105…内層、107…外層。 [Sign Description of the 100 ... heat pipe, 101 ... container, 105 ... the inner layer, 107 ... outer layer.

フロントページの続き (72)発明者 ジェイムズ、ピー. Of the front page Continued (72) inventor James, copy. チェン アメリカ合衆国 60193 イリノイ州 シ ャンバーグ ホーク コート 232 Chen United States 60,193 Illinois Shea Yanbagu Hawk Court 232

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】ヒートパイプであって、 内部領域を区画形成する内部表面を有するコンテナ;コンテナの内部表面に配置されたウィック材料であって、 第1の変態温度を有する第1の形状記憶合金から構成された内層と、 第1の変態温度よりも高い第2の変態温度を有する第2 A Claims 1. A heat pipe, a container having an interior surface which defines a internal region; a wick material disposed on the interior surface of the container, having a first transformation temperature an inner layer constructed from a first shape memory alloy, a has a first second transformation temperature higher than the transformation temperature 2
    の形状記憶合金から構成された外層とを備えたウィック材料;およびコンテナの内部領域に配置された流体;から成るヒートパイプ。 Heat pipe consisting of: and fluid disposed within the region of the container; wick material having an outer layer constructed from a shape memory alloy. 【請求項2】第1の変態温度が60℃である、請求項1 Wherein the first transformation temperature is 60 ° C., according to claim 1
    に記載のヒートパイプ。 The heat pipe as claimed in. 【請求項3】第2の変態温度が80℃である、請求項3 3. A second transformation temperature is 80 ° C., claim 3
    に記載のヒートパイプ。 The heat pipe as claimed in. 【請求項4】第1および第2の形状記憶合金がニッケル−チタン合金である、請求項1に記載のヒートパイプ。 Wherein the first and second shape memory alloys of nickel - titanium alloy, heat pipe of claim 1. 【請求項5】第1および第2の形状記憶合金が銅−亜鉛−アルミニウム合金である、請求項1に記載のヒートパイプ。 Wherein the first and second shape memory alloy of copper - zinc - aluminum alloy, heat pipe of claim 1. 【請求項6】ある特定位置の温度が第1の所定温度を超えた時に、内層がその位置で収縮し始める、請求項1に記載のヒートパイプ。 When the temperature of 6. One particular location exceeds a first predetermined temperature, the inner layer begins to shrink at that position, the heat pipe according to claim 1. 【請求項7】前記第1の所定温度が60℃である、請求項6に記載のヒートパイプ。 Wherein said first predetermined temperature is 60 ° C., a heat pipe according to claim 6. 【請求項8】前記特定位置の温度が第2の所定温度を超えた時に、外層がその位置で収縮し始める、請求項6に記載のヒートパイプ。 When the temperature of wherein said specific position is greater than the second predetermined temperature, the outer layer begins to shrink at that position, the heat pipe according to claim 6. 【請求項9】第2の所定温度が80℃である、請求項8 9. second predetermined temperature is 80 ° C., claim 8
    に記載のヒートパイプ。 The heat pipe as claimed in.
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